短时记忆的编码——减法反应时
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摘 要：本实验选取了两名上师大心理系本科生，其中两名被试分别为一男一女，通过测定被试对短时记忆信息的编码，掌握反应时测量技术在认知研究中的应用，并探讨了短时记忆的信息编码方式和过程。经过对全班被试实验结果的分析，发现：（1）实验材料对被试反应时有显著影响，其中被试对音异形异字母对的反应时显著大于音同形异的反应时，音同形异的反应时又显著大于音同形同的反应时；（2）时间间隔对被试反应时有显著影响，其中时间间隔越大被试反应时越短；（3）全班被试三种实验材料下的平均正确反应时随着时间间隔的增大，差距逐渐缩小；（4）性别对被试的反应时没有显著影响。
关键词：短时记忆；编码方式；减法反应时；间隔时间
1 导 言
心理学家根据信息保持时间的长短，将记忆分为感觉记忆（即瞬时记忆）、短时记忆和长时记忆。
当客观刺激停止作用后，感觉信息在一个极短的时间内被保存下来，这种记忆叫做感觉记忆或感觉登记。它是记忆系统的开始阶段。感觉记忆的存储时间大约为0.25秒~2秒。
短时记忆是感觉记忆和长时记忆的中间阶段，保持时间大约为5秒~2分钟。一般包括两个成分：一个成分是直接记忆，即输入的信息没有经过进一步的加工。它的容量相当有限，大约为7
2个单位。编码方式以言语听觉形式为主，也存在视觉和语义的编码。另一个成分是工作记忆，即输入信息经过再编码，使其容量扩大。由于与长时记忆中已经储存的信息发生了意义上的联系，编码后的信息进入了长时记忆。必要时还能将存储在长时记忆中的信息提取出来解决面临的问题。
长时记忆是指信息经过充分的和有一定深度的加工后，在头脑中长时间保留下来。这是一种永久性的存储。它的保存时间长，从1分钟以上到许多年甚至终身；容量没有限度；信息的来源大部分是对短时记忆内容的加工，也有由于印象深刻而一次获得的[1]。
与瞬时记忆相比，短时记忆有以下几个特点：1、对信息保持的时间稍长于瞬时记忆；2、短时记忆的容量少于瞬时记忆；3、短时记忆的编码方式不同于瞬时记忆[2]。
六十年代以来，一般认为人的短时记忆是以听觉形式表征的，即听觉编码，波斯纳等人的实验却表明，它也可以由视觉编码。现在一般认为，先出现视觉编码，它保持一个短暂的瞬间，然后出现听觉编码。康拉德通过研究语音相似性对回忆效果的影响，证实了语音听觉编码方式的存在，他的实验也表明了短时记忆的编码具有强烈的语言听觉性质，但也可能有其他方式的编码。
信息加工理论认为，信息在脑内要经过一系列操作加工，这些操作加工有明确的先后次序，在不同的加工阶段信息处于不同的状态，而这些都是在时间上进行的，其特征必然能在反应时上表现出来。因此不同的心理操作能按时间分布上的不同加以区分，反应时技术在认知心理学的研究上具有十分重要的地位[2]。
减数法是一种用减法方法将反应时分解成各个成分，然后来分析信息加工过程的方法。它是由唐德斯首先提出的，故又称唐德斯减数法。
减数法的反应时实验的逻辑是：如果一种作业包含另一种作业所没有的某个特定的心理过程，切除此过程之外二者在其他方面均相同，那么这两种反应时的差即为此心理过程所需的时间[3]。
本实验是根据波斯纳等人在1990年实验的基础上修改而成的。波斯纳的实验是这样进行的：给被试并排呈现两个字母，这两个字母可以同时给被试看，或者中间插进短暂的时间间隔，然后要被试指出这一对字母是否相同并按键作出反应，记下反应时。所用的字母对有两种：一种是两个字母的读音和书写方法都一样，即为同一字母（AA）；另一种是两个字母的读音相同而写法不同（Aa）。在这两种情况下，正确的反应均为“相同”。在两个字母相继呈现时，其间隔为0.5秒、1秒或2秒等[3]。
关于短时记忆编码的问题，国内还有许多研究者做了这方面的相关研究。
在分配注意对短时记忆编码和提取影响的研究中，研究者以大学生为被试，采用分配注意范式探讨了短时记忆编码和提取所需的注意资源。研究发现：与集中注意相比，编码阶段进行第二作业导致记忆成绩显著降低，而提取阶段进行第二作业则对记忆成绩没有影响。自由回忆和顺序回忆的结果一致。本研究表明，短时记忆编码是需要较多注意资源的控制加工，而短时记忆提取则是相对无需注意资源的自动加工。这与当前关于长时记忆的研究结果类似，而与早期以第二作业成绩为测量指标的短时记忆研究结果有所不同[4]。
在关于短时记忆编码方式的实验研究中，研究者以汉字为材料，用信号检测法对短时记忆的编码方式进行研究，实验结果表明，汉字从总体上是以形状编码为主，这与康拉德用英文字母为材料所作实验中得到的短时记忆以声音编码为主的结论不同；同时，各类型汉字的短时记忆编码方式也有差别。上述实验结果支持了关于短时记忆随情境而变换编码策略的设想[5]。
在聋人与听力正常人短时记忆的比较研究中，研究者以视觉系列呈现方式，在形近、音近、义近三种干扰下以再认方法比较了听力正常人与聋人对字频与笔画二种不同水平汉字材料的短时记忆容量及编码方式，研究结果表明：(1)聋人与听力正常人短时记忆容量差别有限，只存在于低频复杂汉字组中；(2)高频字中，聋人短时记忆编码以形码为主，义码次之，音码最弱；听力正常人则以音码为主，义码次之，形码作用最弱；(3)低频字中，低频简单组中表现出与高频字相同的编码方式，低频复杂组中聋人与听力正常人均表现形码、义码为主，音码作用弱的特点[6]。
在双语学习者短时记忆编码方式的实验研究中，研究者对汉语被试和英语被试分别以汉字和英语单词为刺激材料，探讨了双语者短时记忆编码的方式。结果表明，双语者对不同语言的信息具有某种偏爱，母语的不同会导致不同的编码方式；显示通道对短时记忆编码操作有着重要的作用，在不同的条件下人们会运用不同的编码策略[7]。
虽然前人的研究已经深入短时记忆的编码方式及编码过程，并且得出了很多关于短时记忆在不同条件和环境背景下的编码方式的结论，但我们本次实验的目的还是非常基础性的。本实验是通过测定被试对短时记忆信息的编码，掌握反应时测量技术在认知研究中的应用，并探讨短时记忆的信息编码方式和编码过程。
2 方 法
2.1被试：上师大心理系本科生两名，一男一女，视力均正常
2.2仪器与材料
2.2.1仪器：计算机及PsyTech心理实验系统
2.2.2材料：英文字母大写A、B和小写a、b 的不同组合，其中AA（6次）、BB（6次）。Aa (6次)、Bb (6次)、AB（3次）、BA（3次），Ab（3次）、Ba (3次)共36次 （参数设置中如选72次则重复呈现2遍；108次则重复呈现3遍）
2.3程序
2.3.1登录并打开PsyTech心理实验软件主界面，选中实验列表中的“短时记忆的视觉和听觉编码”，单击呈现实验简介。点击“进入实验”到“操作向导”窗口。实验者可进行参数设置（或使用默认参数），然后点击“开始实验”按钮进入指导语界面。可先进行练习实验，也可以直接点击“正式实验”按钮开始。
2.3.2指导语如下：
这是一个比较字母异同的实验，实验开始后屏幕将呈现多组大小写字母（每组一对）请你使用1号反应盒对呈现的每组字母进行判断，判断原则如下： 1、形状相同或形状不同读音相同 ，按“＋”键；2、如果形状和读音都不同，则按“－”号键。要求在判断准确的前提下反应越快越好。当你明白了上述指导语后，可以先进行练习，练习结束后再点击下面的“正式实验”按钮开始。
2.3.3实验开始后屏幕每次呈现两个字母，有3种呈现形式：同时呈现、一个字母比另一个字母延迟0.5秒后呈现、一个字母比另一个字母延迟2秒后呈现，3种形式随机呈现。被试判断呈现的两个字母是否相同并作出反应，记录反应时。
2.3.4实验结束，数据被自动保存。 实验者可直接查看结果，也可换被试继续实验，以后在主界面“数据”菜单中查看。
2.4数据处理：采用了SPSS 11.5和EXCEL 2003进行数据处理
3 结 果
3.1本组两名被试实验结果的描述统计
表1：被试一（男）在不同情境下短时记忆的均值和正确率
被试一在时间间隔为0毫秒，500毫秒和2000毫秒时，音同形同的平均正确反应时分别为：579毫秒、501毫秒、561毫秒；音同形异的平均正确反应时分别为：754毫秒、623毫秒、666毫秒；音异形异的平均正确反应时分别为730毫秒、620毫秒、548毫秒。
表2：被试二（女）在不同情境下短时记忆的均值和正确率
被试二在时间间隔为0毫秒，500毫秒和2000毫秒时，音同形同的平均正确反应时分别为：557毫秒、571毫秒、455毫秒；音同形异的平均正确反应时分别为：605毫秒、600毫秒、530毫秒；音异形异的平均正确反应时分别为719毫秒、678毫秒、582毫秒。
3.2分别算出每种延迟时间下全班共14名被试在音同形同、音同形异和音异形异三种不同情况下的平均正确反应时
经过对全班14名被试原始数据在平均值加减三个标准差以外的反应时进行剔除后，得出其三种情况下反应时的平均值。其中，剔除数据为一名男性被试在字母音同形异且同时呈现时的反应时，所占比例为7.14% 。
表3：全班被试三种情况下的平均正确反应时（单位：毫秒）
全班被试在时间间隔为0毫秒，500毫秒和2000毫秒时，音同形同的平均正确反应时分别为：541.14毫秒、509.29毫秒、479.14毫秒；音同形异的平均正确反应时分别为：618.31毫秒、564.43毫秒、512.86毫秒；音异形异的平均正确反应时分别为676.07毫秒、606.86毫秒、541.93毫秒。
3.3利用全班14名被试的平均正确反应时数据，以字母间隔时间为横轴，反应时为纵轴作图
由图1所示，三种情况下被试的平均正确反应时随着字母间隔时间的增大而减小，且三种情况下反应时的差距也随着字母间隔时间的增大而减小。
3.4检验三种实验材料、不同延迟时间和性别下被试的反应时差异
表4：三种实验材料、不同时间间隔和性别对反应时影响的差异检验
注：** 表示在0.01水平上有显著差异
利用SPSS对实验结果进行方差分析，发现实验材料的不同对被试反应时有显著影响，F=11.543 , P<0.01 ；时间间隔的不同对被试反应时有显著影响，F=11.360 , P<0.01 ；性别的差异对被试反应时无显著影响，F=0.036 , P=0.849>0.05 ；实验材料与时间间隔间的交互作用不显著，F=0.691 , P=0.600>0.05 ；实验材料与性别间的交互作用不显著，F=0.511 , P=0.602>0.05 ；时间间隔与性别间的交互作用不显著，F=0.045 , P=0.956>0.05 ；实验材料、时间间隔和性别三者间的交互作用不显著，F=0.801 , P=0.527>0.05 。
4 讨 论
4.1三种不同的实验材料对被试反应时影响的讨论
根据表3中全班被试正确反应时的平均值可知，在同样的时间间隔中，总是音异形异的反应时最长，中间的是音同形异，反应是最短的是音同形同的字母。
根据波斯纳等人的实验研究解释，当两个字母同时呈现给被试时，音同形异的字母对所包含的加工过程要多于音同形同的字母对，被试对它们的反应时之差反映了内部编码过程的差别[3]。根据减数法的定义，被试对音异形异字母对的判断过程最为复杂，其次是音同形异的字母对，最后为音同形同的字母对。被试对音同形同的字母对只要进行视觉编码的加工，而对后两者则要加上听觉编码加工的过程，所以反应时会变长。
4.2时间间隔对被试反应时影响的讨论
根据表3中全班平均反应时的数据，我们发现14名被试的反应时随着时间间隔的增大而减小，这与波斯纳等人的研究结果相反。波斯纳等人发现字母对同时呈现的反应时要小于继时呈现的反应时，而音同形异字母对的反应时受时间间隔的影响很小[3]。
我们得出的实验结果与波斯纳的结果与解释相反的原因可能是，当两字母同时呈现时，被试无思想准备，他在同时看到两个字母后就要立刻做出异同判断的反应，所以需要思考和判断的时间；而当两字母继时呈现时，被试对后一字母的出现做好了心理准备，所以他就可以在后呈现的字母一出现就做出是否相同的反应。
我们的实验结果有一点与波斯纳等人的是一致的，即被试在三种实验材料下的反应时随着时间间隔的增大越来越接近，亦即它们三者间的差距在不断缩小。这说明随着时间间隔的增大，被试对音同形同的字母对也倾向于进行听觉编码，所以三种实验材料在2000毫秒时的反应时比在500毫秒和0毫秒的更加接近。
4.3性别对被试反应时影响的讨论
根据方差分析得出的结果，全班被试的反应时不存在显著的性别差异。在波斯纳等人的研究中，他们没有进行性别差异分析。不管是男性还是女性，对音异形同和音异形异的字母对的反应时都大于音同形同的字母对，因为这个反应时之差反映了对音同形同的字母对的加工过程要少于另外两者，而男女在这方面是一致的。而又因为本实验所测的反应时的单位较为精细，使用减数法要求两个相减的任务中共有的心理过程要严格匹配，这一般是很难做到的，所以实验结果就可能存在一系列的误差，导致测得的结果比较粗糙，没有检验出差异。
4.4影响短时记忆编码的因素
短时记忆编码的效果受到许多因素的影响[1]，包括以下几个因素：
1、觉醒状态
觉醒状态即大脑皮层的兴奋水平。它直接影响到记忆编码的效果。许多研究者做了这方面的研究，发现：上午11点到12点间的学习效率最高，下午6点到8点间的效率最低；咖啡碱与马钱子碱等兴奋剂提高大脑的兴奋水平后，能促进动物的学习；用酒精抑制动物大脑会导致他们的学习情况比在正常情况下要差些。
2、组块
短时记忆的突出特点是其容量的有限性。在编码过程中，将几种水平的代码归并成一个高水平的、单一代码的编码过程叫组块。可以利用已有的知识经验，通过扩大每个组块的信息容量来达到增加短时记忆容量的目的。组块还可以提高记忆的容量和效率，有研究者发现通过组块被试能大大的提高对一系列字母的记忆数量。
3、加工深度
有研究者利用实验研究发现，在特定字母检索作业中，提示组（实验前告诉被试在作业结束后有回忆测验）要比未提示组有更好的回忆成绩，而在语义评定作业组中则没有差异。这是因为语义评定组对字词的加工深度比较大，因此提示组和未提示组的被试都有很好的成绩；而特定字母检索组在加工水平上比较低，因此只显示出提示组的优势。所以说认知加工深度也是影响短时记忆编码的因素。
5 结 论
5.1实验材料对被试反应时有显著影响，其中被试对音异形异字母对的反应时显著大于音同形异的反应时，音同形异的反应时又显著大于音同形同的反应时
5.2时间间隔对被试反应时有显著影响，其中时间间隔越大被试反应时越短
5.3全班被试三种实验材料下的平均正确反应时随着时间间隔的增大，差距逐渐缩小
5.4性别对被试的反应时没有显著影响
6 参考文献
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[2]高湘萍，李慧渊.心理实验指导手册.上海：上海师范大学教育科学学院，2005，52
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[4]包燕.分配注意对短时记忆编码和提取的影响.北京大学学报(自然科学版)，2002，38（1）：136~140
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